(57)【要約】【課題】ボンデイング結合を利用せずにリテーナリングの曲げを防止し、エンジニアリングプラスチックボンデイングによるスラリー腐蝕によるパーティクルの発生を防止すると共に、研磨剤であるスラリーの流れを円滑にし、かつ製造費用を軽減させることができる化学的機械研磨装置のリテーナリングを提供すること。【解決手段】化学的機械研磨装置の研磨ヘッド１０に装着され、半導体ウェハー３０を固定するリテーナリング１２０において、前記研磨ヘッドのキャリアー１１０に結合され、その内部に空間部が形成された樹脂材質の第１部材１２２と、前記第１部材の空間部に挿設される金属材質の第２部材１２４とによって構成された化学的機械研磨装置のリテーナリングとした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学的機械研磨装置の研磨ヘッドに装着され、半導体ウェハーを固定するリテーナリングにおいて、前記研磨ヘッドのキャリアーに結合され、その内部に空間部が形成された樹脂材質の第１部材と、前記第１部材の空間部に挿設される金属材質の第２部材とによって構成されたことを特徴とする、化学的機械研磨装置のリテーナリング。
【請求項２】
前記第２部材は、ステンレス綱、鋼鉄、アルミニウム、黄銅のいずれかの一つからなることを特徴とする、請求項１に記載の化学的機械研磨装置のリテーナリング。
【請求項３】
前記第２部材が二つに形成され、溶接により結合されることを特徴とする、請求項１に記載の化学的機械研磨装置のリテーナリング。
【請求項４】
前記キャリアーに結合される前記第１部材の一端から前記第２部材まで結合用タップが形成されることを特徴とする、請求項１に記載の化学的機械研磨装置のリテーナリング。
【請求項５】
前記第１部材と前記第２部材との側面を貫通する貫通ホールが形成されることを特徴とする、請求項１に記載の化学的機械研磨装置のリテーナリング。
【請求項６】
前記貫通ホールは、前記キャリアーの外側方向にテーパが形成されることを特徴とする、請求項５に記載の化学的機械研磨装置のリテーナリング。
【請求項７】
前記第１部材と同一の材質からなるが、前記第１部材より純度が高い第３部材が前記第１部材の下端に摩擦熱による融着方法によって接合されることを特徴とする、請求項１に記載の化学的機械研磨装置のリテーナリング。
【請求項８】
前記第１部材と前記第３部材とは、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート、アセトアル、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のいずれかの一つからなることを特徴とする、請求項７に記載の化学的機械研磨装置のリテーナリング。
【請求項９】
化学的機械研磨装置の研磨ヘッドに装着され、半導体ウェハーを固定するリテーナリングにおいて、前記研磨ヘッドのキャリアーに装着される上端部と、前記上端部に多数のボルトによって結合される下端部とからなり、前記上端部及び前記下端部のそれぞれがその内部に空間部が形成された樹脂材質の第１部材からなり、前記第１部材の空間部に金属材質の第２部材が挿設されることを特徴とする、化学的機械研磨装置のリテーナリング。
【請求項１０】
前記第２部材は、ステンレス鋼、鋼鉄、アルミニウム、黄銅のいずれかの一つからなることを特徴とする、請求項９に記載の化学的機械研磨装置のリテーナリング。
【請求項１１】
前記ボルトは、樹脂材質からなることを特徴とする、請求項９に記載の化学的機械研磨装置のリテーナリング。
【請求項１２】
前記ボルトの一端とそれに対応する前記上端部の位置とを一直線に貫通する貫通ホールが形成され、前記貫通ホールにスプリングピンが挿入されることを特徴とする、請求項９に記載の化学的機械研磨装置のリテーナリング。
【請求項１３】
前記スプリングピンは、その内部を貫通する貫通ホールが形成されることを特徴とする、請求項１２に記載の化学的機械研磨装置のリテーナリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハーの加工用化学的機械研磨装置の研磨ヘッドに装着されるリテーナリングに関し、特にリテーナリングの内部に金属材質の部材を埋設し、ボンディング結合を利用せずにリテーナリングの曲げを防止し、半導体ウェハーの研磨時に発生する不良率の低減及び設備稼動率の向上を図った化学的機械研磨装置のリテーナリングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、半導体デバイス（Ｄｅｖｉｃｅ）の高密度化、微細化及び配線構造の多層化により、半導体デバイスの表面段差が徐々に増加している。
【０００３】
これによって、半導体デバイスの表面を平坦化するために様々な装置が開発されており、特に化学的研磨と機械的研磨とを共に遂行して半導体デバイスの表面を平坦化する化学的機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ，ＣＭＰ）装置が広く使用されている。
【０００４】
このような従来の化学的機械研磨装置は、半導体ウェハーを収容する役割をする研磨ヘッド部の底面に半導体ウェハーを吸着させることにより保持させ、この半導体ウェハーを研磨する途中に研磨ヘッド部の底面から外に離脱しないようにリテーナリングで支持し、研磨ヘッド部に収容された半導体ウェハーを研磨パッドの上に所定圧力で接触させながら、研磨剤であるスラリー（Ｓｌｕｒｒｙ）を半導体ウェハーと研磨パッドとの間に供給して半導体ウェハーを研磨する。この時、半導体ウェハーは、スラリー及び研磨パッドの回転運動によって化学的、機械的に同時に研磨される。
【０００５】
図７は、従来の化学的機械研磨装置のリテーナリングの断面図である。
【０００６】
このリテーナリング（７２０）は、研磨パッドに接触される第１部材（７２２）と、ヘッドのキャリアーに結合される第２部材（７２４）とによって構成される。
【０００７】
第１部材（７２２）は、エンジニアリングプラスチックのような樹脂材質からなり、第２部材（７２４）は、ステンレス鋼（ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  ｓｔｅｅｌ）のような金属材質からなる。
【０００８】
また、第１部材（７２２）と第２部材（７２４）とは、接着剤を利用したボンディング（ｂｏｎｄｉｎｇ）によって強固に結合される。
【０００９】
このような構成を有するリテーナリング（７２０）は、金属材質の第２部材によって研磨パッドに接触する樹脂材質の第１部材の下面が平面度を維持して、リテーナリング（７２０）の変形及び研磨パッドの損傷を防止することができる。
【００１０】
しかし、上記した従来の化学的機械研磨装置のリテーナリングは、ボンディング処理の時にスラリーによる腐蝕でパーティクル（ｐａｒｔｉｃｌｅ）が生成され、半導体ウェハーにスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）を発生させる問題点があった。
【００１１】
また、リテーナリングの曲げ現象による変形で、半導体ウェハーのへり部分には、研磨パッドと半導体ウェハーとの間の接触圧力が均一に維持されず、半導体ウェハーの均一性（ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）が不良となり、生産数率の低下がもたらされる虞があった。
【００１２】
また、従来のリテーナリングは、スラリーの流れが円滑ではないため、半導体ウェハーの選択領域での研磨速度が均一ではなく、不良を発生させる原因になっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、前記のような問題点を解決するために提案されたものであって、リテーナリングの内部に金属材質の部材を埋設することにより、ボンデイング結合を利用せずにリテーナリングの曲げを防止し、エンジニアリングプラスチックボンデイングによるスラリー腐蝕によるパーティクルの発生を防止すると共に、研磨剤であるスラリーの流れを円滑にし、かつ製造費用を軽減させることができる化学的機械研磨装置のリテーナリングを提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、リテーナリングを上端部と下端部とにより構成し、樹脂材料によって構成されたボルトで結合して、脱着が容易であり、しかもリテーナリングの離脱を防止し、研磨工程の不良率を下げることができる化学的機械研磨装置のリテーナリングを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記のような目的を達成するため、本発明は、化学的機械研磨装置の研磨ヘッドに装着され、半導体ウェハーを固定するリテーナリングとして、前記研磨ヘッドのキャリアーに結合され、その内部に空間部が形成された樹脂材質の第１部材と、前記第１部材の空間部に挿設される金属材質の第２部材とから構成された、化学的機械研磨装置のリテーナリングとした。
【００１６】
ここで、望ましくは、前記第２部材は、ステンレス鋼、鋼鉄、アルミニウム、黄銅のいずれかの一つからなることができる。
【００１７】
また、望ましくは、前記第２部材が二つに形成され、溶接により結合されることができる。
【００１８】
また、望ましくは、前記キャリアーに結合される前記第１部材の一端から前記第２部材まで結合用タップが形成されることができる。
【００１９】
また、望ましくは、前記第１部材と前記第２部材との側面を貫通する貫通ホールが形成されることができる。
【００２０】
また、望ましくは、前記貫通ホールは、前記キャリアーの外側方向にテーパが形成されることができる。
【００２１】
また、望ましくは、前記第１部材と同一の材質からなるが、前記第１部材より純度が高い第３部材が前記第１部材の下端に摩擦熱による融着方法によって接合されることができる。
【００２２】
また、望ましくは、前記第１部材と前記第３部材とは、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート、アセトアル、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のいずれかの一つからなることができる。
【００２３】
本発明の他の様態による化学的機械研磨装置のリテーナリングは、化学的機械研磨装置の研磨ヘッドに装着され、半導体ウェハーを固定するリテーナリングとして、前記研磨ヘッドのキャリアーに装着される上端部と、前記上端部に多数のボルトによって結合される下端部とからなり、前記上端部及び前記下端部のそれぞれがその内部に空間部が形成された樹脂材質の第１部材からなり、前記第１部材の空間部に金属材質の第２部材が挿設された構成の化学的機械研磨装置のリテーナリングとした。
【００２４】
ここで、望ましくは、前記第２部材は、ステンレス鋼、鋼鉄、アルミニウム、黄銅のいずれかの一つからなることができる。
【００２５】
また、望ましくは、前記ボルトは、樹脂材質からなることができる。
【００２６】
また、望ましくは、前記ボルトの一端とそれに対応する前記上端部の位置とを一直線に貫通する貫通ホールが形成され、前記貫通ホールにスプリングピンが挿入されることができる。
【００２７】
また、望ましくは、前記スプリングピンは、その内部を貫通する貫通ホールが形成されることができる。
【発明の効果】
【００２８】
上記した本発明に係る化学的機械研磨装置のリテーナリングによれば、樹脂材質の第１部材内部に金属材質の第２部材を形成することで、リテーナリングの曲げが効果的に防止され、化学的機械研磨装置により加工される半導体ウェハーの研磨均一性を向上させることができる効果がある。
【００２９】
また、本発明によれば、樹脂材質の第１部材内部に金属材質の第２部材を埋設するものであるため、ボンディング結合を利用せずにリテーナリングを形成でき、ボンディング構造によるスラリー腐蝕に応じるパーティクルの発生を防止し、半導体ウェハーの研磨時に発生するスクラッチを改善させることができる。
【００３０】
また、本発明によれば、研磨パッドの接触面の純度がその上部の純度より高い同一の材質を使用することで、高純度の部分を減少させ、製造原価を軽減させることができる効果がある。
【００３１】
また、本発明によれば、リテーナリングの上端部と下端部とを樹脂材質のボルトによって結合させ、ボルトにホールを形成してボルト固定用スプリングピンを挿入することで、リテーナリングの離脱を防止し、研磨工程の不良率を下げることができる。
【００３２】
また、本発明によれば、リテーナリングの側面を貫通する貫通ホールを形成することで、半導体ウェハーの研磨時にスラリーの流れを円滑にし、研磨パッド及びリテーナリングの寿命を延長させることができる。
【００３３】
また、本発明によれば、前記のような効果により半導体ウェハーの研磨工程の不良率を下げ、リテーナリングの信頼性を提供することで、大量生産による初期制限条件を軽減し、設備の稼動率を向上させることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、上記した本発明の実施例を、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００３５】
図１は、本発明の第１実施例によるリテーナリングが装着された化学的機械研磨装置の研磨ヘッドの部分断面図である。
【００３６】
この化学的機械研磨装置の研磨ヘッド（１０）は、真空吸着のような方法で半導体ウェハー（３０）を収容し、これを研磨パッド（２０）と接触させることで半導体ウェハー（３０）を研磨するものであって、キャリアー（１１０）と、キャリアー（１１０）の下端に結合されて半導体ウェハー（３０）を支持するリテーナリング（１２０）と、外部から供給される真空圧が伝達される真空流路（１３０）と、真空圧により半導体ウェハー（３０）を吸着するメンブレーン（ｍｅｍｂｒａｎｅ）（１４０）とから構成される。
【００３７】
図２（ａ）は、図１のリテーナリング部分の拡大断面図であり、図２（ｂ）は、図１のリテーナリングが研磨ヘッドのキャリアーに結合される部分の拡大断面図である。
【００３８】
このリテーナリング（１２０）は、研磨ヘッド（１０）のキャリアー（１１０）に結合され、その内部に空間部が形成された樹脂材質の第１部材（１２２）と、第１部材（１２２）の空間部に挿設される金属材質の第２部材（１２４）とから構成される。
【００３９】
また、リテーナリング（１２０）は、図２（ｂ）に示されたように、キャリアー（１１０）に結合するための結合用タップ（１２６）が形成される。ここで、結合用タップ（１２６）は、研磨パッド（２０）に接触される第１部材（１２２）の変形を防止するためにリテーナリング（１２０）がキャリアー（１１０）に付着される面から第２部材（１２４）の一定の深さまで形成されることができる。
【００４０】
第１部材（１２２）は、研磨パッド（２０）との接触を考慮してエンジニアリングプラスチック等のような樹脂材質からなり、第２部材（１２４）は、リテーナリング（１２０）の曲げを防止するためにステンレス鋼、鋼鉄、アルミニウム、黄銅等のような金属材質からなる。
【００４１】
このようなリテーナリング（１２０）は、射出成形により製造されることができる。例えば、金属材質の第２部材（１２４）を製作した後、その外側面に樹脂材質の第１部材（１２２）を射出成形したり、又はその内部に空間部が形成されるように第１部材（１２２）を製作した後、その内部に第２部材（１２４）を射出成形したり、又は凹部が形成されるように第１部材（１２２）を製作した後、凹部に予め製作された第２部材（１２４）を埋め立てた後、その上部を密封する方式で製造することができる。
【００４２】
このような構造を有するリテーナリング（１２０）は、ボンディングを使用せずにリテーナリング（１２０）の曲げのような変形を防止することができ、ボンディングによるスラリーの腐蝕に応じる半導体ウェハー（３０）の欠陥を軽減させることができる。
【００４３】
図３は、本発明の第２実施例によるリテーナリング（３２０）の断面図である。
【００４４】
このリテーナリング（３２０）は、側面を貫通するように形成された貫通ホール（３２８）を除いた構成要素が、上記実施例１によるリテーナリング（１２０）と同一であるため、ここではその説明を略する。
【００４５】
リテーナリング（３２０）は、図３に示されたように、第１部材（３２２）と第２部材（３２４）との側面を貫通するように貫通ホール（３２８）が形成され、貫通ホール（３２８）の一端、即ちキャリアー（１１０）の外側方向に貫通ホール（３２８）より直径を大きくしてテーパ（３２９）が形成される。
【００４６】
貫通ホール（３２８）は、研磨加工の時、研磨パッド（２０）に提供されるスラリーが研磨ヘッド（１０）の内部に流入され、半導体ウェハー（３０）に提供するための通路として作用し、テーパ（３２９）は、貫通ホール（３２８）にスラリーが円滑に流入されることができるように作用する。
【００４７】
また、貫通ホール（３２８）とテーパ（３２９）とは、研磨時には前記のようにスラリーの流れを提供するが、洗浄時には洗浄液の投入経路を提供して研磨ヘッド（１０）の内部の洗浄を円滑に提供することもできる。
【００４８】
図４は、本発明の第３実施例によるリテーナリング（４２０）の断面図である。
【００４９】
このリテーナリング（４２０）は、研磨ヘッド（１０）のキャリアー（１１０）に結合され、その内部に空間部が形成された樹脂材質の第１部材（４２２）と、金属材質により形成された二つの第２部材（４２４）とに構成される。
【００５０】
二つの第２部材（４２４）は、一つは第１部材（４２２）の上端部に位置し、他の一つは第１部材（４２２）の下端部に位置されることができるようにその間に一定の間隔を維持し、ブレージングのような溶接（４２５）により結合される。
【００５１】
このようなリテーナリング（４２０）の製造は、先ず二つの第２部材（４２４）を製作した後、二つの第２部材（４２４）の間を一定に維持して溶接（４２５）により結合し、その外側に第１部材（４２２）を射出成形することが望ましい。
【００５２】
このような構造を有するリテーナリング（４２０）は、互いに一定の間隔を置いて溶接（４２５）により結合された二つの第２部材（４２４）が第１部材（４２２）に挿設されることで、リテーナリング（４２０）の曲げのような変形をさらに軽減させることができる。
【００５３】
図５は、本発明の第４実施例によるリテーナリング（５２０）の断面図である。
【００５４】
このリテーナリング（５２０）は、その下部に形成された第３部材（５２３）を除いた構成要素が、上記実施例１によるリテーナリング（１２０）と同一であるため、ここではその説明を略する。
【００５５】
リテーナリング（５２０）は、図５に示されたように、第１部材（５２２）と同一の材質からなるが、第１部材（５２２）より純度が高い第３部材（５２３）が第１部材（５２２）の下端に摩擦熱による融着方法に接合される。
【００５６】
この場合、第１部材（５２２）と第３部材（５２３）とは、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート、アセトアル、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のような樹脂材質からなる。
【００５７】
このような構造を有するリテーナリング（５２０）は、研磨パッド（２０）と接触する第３部材（５２３）のみを比較的高純度の材質を使用し、それ以外の部分には純度が比較的低い材質を使用することで、製造費用を節減することができる。
【００５８】
図６（ａ）は、本発明の第５実施例によるリテーナリング（６２０）の斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。
【００５９】
このリテーナリング（６２０）は、研磨ヘッド（１０）のキャリアー（１１０）に装着される上端部（６２１）と、上端部（６２１）に多数のボルト（６２５）を通じて結合される下端部（６２３）とにより構成され、上端部（６２１）と下端部（６２３）とのそれぞれには、多数のボルト（６２５）を挿入するためのタップ（６２９）が形成される。
【００６０】
また、リテーナリング（６２０）の上端部（６２１）と下端部（６２３）とのそれぞれは、その内部に空間部が形成された樹脂材質の第１部材（６２２、図示せず）からなり、この第１部材（６２２）の空間部に金属材質の第２部材（６２４、図示せず）が挿設される。
【００６１】
第１部材（６２２）は、エンジニアリングプラスチック等のような樹脂材質からなり、第２部材（６２４）は、ステンレス綱、鋼鉄、アルミニウム、黄銅等のような金属材質からなる。また、ボルト（６２５）は研磨パッド（２０）との接触を考慮して樹脂材質からなる。
【００６２】
上端部（６２１）とボルト（６２５）とには、ボルト（６２５）の抜けることを防止するために、図６（ｂ）に示されたように、ボルト（６２５）の一端とそれに対応する上端部（６２１）の位置とを一直線に貫通するホールが形成され、このホールにスプリングピン（６２７）が挿入される。
【００６３】
スプリングピン（６２７）は、研磨時にスラリーの円滑な流れのためにその内部を貫通する貫通ホール（６２８）が形成される。
【００６４】
このような構造を有するリテーナリング（６２０）は、ボルト（６２５）により上端部と脱着が容易であり、ボルトの抜けることを防止することができ、スラリーの流入を円滑に提供して研磨工程を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１実施例によるリテーナリングが装着された化学的機械研磨装置の研磨ヘッドの部分断面図である。
【図２】（ａ）は、図１のリテーナリング部分の拡大断面図である。（ｂ）は、図１のリテーナリングが研磨ヘッドのキャリアーに結合される部分の拡大断面図である。
【図３】本発明の第２実施例によるリテーナリングの断面図である。
【図４】本発明の第３実施例によるリテーナリングの断面図である。
【図５】本発明の第４実施例によるリテーナリングの断面図である。
【図６】（ａ）は、本発明の第５実施例によるリテーナリングの斜視図である。（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。
【図７】従来の化学的機械研磨装置のリテーナリングの断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０    研磨ヘッド
２０    研磨パッド
３０    半導体ウェハー
１１０  キャリアー
１２０  リテーナリング
１２２  第１部材
１２４  第２部材
１３０  真空流路
１４０  メンブレーン
【図１】
2006352108.tif 000003
【図２】
2006352108.tif 000004
【図３】
2006352108.tif 000005
【図４】
2006352108.tif 000006
【図５】
2006352108.tif 000007
【図６】
2006352108.tif 000008
【図７】
2006352108.tif 000009